方正偉 ，張守鵬 ，劉惠民 ，滕建彬 ，朱麗鵬

（1.中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東東營(yíng)257015；2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266580；3.中國(guó)石化頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東東營(yíng)257015；4.中國(guó)石化勝利油田分公司沉積模擬與儲(chǔ)層評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室，山東東營(yíng)257015；5.中國(guó)石化勝利油田分公司油氣勘探管理中心，山東東營(yíng)257001）

濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙四段上亞段—沙三段下亞段（Es4上—Es3下）發(fā)育陸相暗色泥頁(yè)巖，厚度可達(dá)550～950 m，既是優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育帶［1-2］，也是石油連續(xù)聚集的頁(yè)巖油儲(chǔ)層發(fā)育帶［3］。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，濟(jì)陽(yáng)坳陷已有320余口探井于Es4上—Es3下泥頁(yè)巖中見(jiàn)油氣顯示，其中30余口井獲工業(yè)油流，表明濟(jì)陽(yáng)坳陷泥頁(yè)巖具有良好的勘探潛力，是勝利油區(qū)重要的資源接替陣地。2012年以來(lái)，勝利油區(qū)開(kāi)展頁(yè)巖油勘探部署，但僅獲低產(chǎn)油流，未實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖油勘探的工業(yè)突破和規(guī)?；_(kāi)采預(yù)想，凸顯出目前對(duì)研究區(qū)古近系陸相泥頁(yè)巖儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)程度和差異性判識(shí)局限的問(wèn)題。受構(gòu)造、氣候等宏觀地質(zhì)條件影響，泥頁(yè)巖平面及垂向的巖相變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)［4-7］，有效儲(chǔ)層預(yù)測(cè)難度大。研究區(qū)周?chē)雎洞罅抗派缣妓猁}巖母巖，為沉積區(qū)提供了豐富的物質(zhì)來(lái)源，提高了湖水的碳酸鹽基礎(chǔ)濃度，加之處于亞熱帶半潮濕及干濕相間的氣候［8］，湖水濃縮產(chǎn)生大量碳酸鹽化學(xué)沉淀，均為碳酸鹽沉積創(chuàng)造了有利條件，使研究區(qū)發(fā)育的泥頁(yè)巖具有富碳酸鹽（主要為灰質(zhì)）的典型特征［9］，平均含量達(dá)40%～60%?；屹|(zhì)與泥質(zhì)在垂向上互層或混積，且由于有機(jī)質(zhì)、陸源碎屑的加入及埋藏過(guò)程中受成巖作用等影響，形成目前泥頁(yè)巖豐富多樣的層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型［10-11］。研究區(qū)Es4上—Es3下泥頁(yè)巖層理結(jié)構(gòu)的差異包括巖石成分及結(jié)構(gòu)差異，是導(dǎo)致泥頁(yè)巖非均質(zhì)性的主要因素。深入剖析層理結(jié)構(gòu)與儲(chǔ)集性之間的內(nèi)在聯(lián)系，明確不同類(lèi)型層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集性控制因素，將是下步研究區(qū)頁(yè)巖油勘探選層及選區(qū)的關(guān)鍵。

1 泥頁(yè)巖層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型及特征

前期在濟(jì)陽(yáng)坳陷Es4上—Es3下系統(tǒng)取心井巖心分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)巖石組分、沉積構(gòu)造和有機(jī)質(zhì)豐度建立了泥頁(yè)巖巖相綜合劃分方案，將巖石層理結(jié)構(gòu)劃分為塊狀、層狀及紋層狀3種，其他以成分為劃分標(biāo)志［12-13］，如富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r。該劃分方案欠考慮灰質(zhì)、陸源碎屑的結(jié)構(gòu)與分布。泥頁(yè)巖在埋藏成巖過(guò)程中伴隨黏土礦物轉(zhuǎn)化、灰質(zhì)逐步重結(jié)晶及有機(jī)質(zhì)熱成熟等，層理結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，直接影響了巖石孔滲性能，如重結(jié)晶作用明顯的泥質(zhì)灰?guī)r的灰質(zhì)晶間孔較發(fā)育，孔隙直徑達(dá)微米級(jí)，伴隨有機(jī)酸的進(jìn)入還可形成溶蝕孔［14-17］。因此，在劃分層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型時(shí)，應(yīng)考慮成巖作用造成的層理結(jié)構(gòu)差異，明確成分結(jié)構(gòu)特征，以形成具有指導(dǎo)作用和預(yù)測(cè)意義的層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型。

全巖X衍射分析表明，濟(jì)陽(yáng)坳陷Es4上—Es3下泥頁(yè)巖主要由泥質(zhì)、碳酸鹽質(zhì)（主要為灰質(zhì)，少量白云質(zhì)）和少量陸源碎屑砂質(zhì)3種成分組成［5-6，18-19］，在劃分層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型時(shí)主要考慮這3種成分、結(jié)構(gòu)及分布狀態(tài)。其中泥質(zhì)成分具有混合狀分布、混合層狀-紋層狀分布、層狀分布、紋層狀分布4種分布類(lèi)型；碳酸巖質(zhì)在晶粒結(jié)構(gòu)上具有泥晶、粉-細(xì)晶粒狀及柱纖狀（晶體垂直層面生長(zhǎng)）3種類(lèi)型，分布上具有透鏡-條帶狀集中分布、紋層狀集中分布、混合層狀-紋層狀分布、混合狀分布及分散狀分布5種分布類(lèi)型；陸源碎屑砂質(zhì)主要為粉砂級(jí)石英和長(zhǎng)石碎屑，分布上具有層狀集中分布和分散狀分布2種分布類(lèi)型。由于富碳酸鹽質(zhì)為研究區(qū)泥頁(yè)巖的典型特征，因此在劃分層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型時(shí)，可優(yōu)先考慮碳酸鹽質(zhì)的結(jié)構(gòu)及分布特征；在碳酸鹽質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)確定時(shí)，泥質(zhì)作為背景成分，其分布特征隨之確定；而陸源碎屑砂質(zhì)作為輔助成分分布狀態(tài)較為單一，可最后考慮。根據(jù)以上分析，將濟(jì)陽(yáng)坳陷Es4上—Es3下泥頁(yè)巖分為A—J共10種層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型（表1）。

羅69井是沾化凹陷Es4上—Es3下泥頁(yè)巖重點(diǎn)取心井，利頁(yè)1井是東營(yíng)凹陷Es4上—Es3下泥頁(yè)巖重點(diǎn)取心井，可以分別代表2個(gè)凹陷Es4上—Es3下泥頁(yè)巖的發(fā)育特征。分析羅69井（取心井段為2 911.06～3 139.7 m）和利頁(yè)1井（取心井段為3 580.17～3 838.32 m）系統(tǒng)取心薄片的層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型發(fā)現(xiàn)，沾化凹陷的B和C類(lèi)層理結(jié)構(gòu)占總層理結(jié)構(gòu)的比例大于10%，A，D和G類(lèi)層理結(jié)構(gòu)所占比例為1%～10%，其他類(lèi)型所占比例小于1%；東營(yíng)凹陷B—D類(lèi)層理結(jié)構(gòu)所占比例大于10%，A，E—H類(lèi)層理結(jié)構(gòu)所占比例為1%～10%，其他類(lèi)型所占比例小于1%。整體來(lái)看，B—D類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖最為發(fā)育，所占比例達(dá)80%，其他類(lèi)型所占比例較低，均小于10%；東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖層理性、結(jié)晶程度優(yōu)于沾化凹陷同層位泥頁(yè)巖（表2）。

表1 濟(jì)陽(yáng)坳陷Es4上—Es3下泥頁(yè)巖層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型劃分Table1 Classification of mud shale bedding structure types in Upper Es4to Lower Es3Members of Jiyang Depression

表2 沾化凹陷和東營(yíng)凹陷Es4上—Es3下取心井段層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型統(tǒng)計(jì)Table2 Statistical analysis of bedding structure types of drilling samples collected from Upper Es4to Lower Es3Members in Zhanhua Sag and Dongying Sag

2 不同類(lèi)型層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性特征

2.1 儲(chǔ)集空間類(lèi)型

目前研究認(rèn)為濟(jì)陽(yáng)坳陷Es4上—Es3下泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集空間類(lèi)型有為黏土礦物晶間孔、碳酸鹽晶間孔、石英晶間孔、黃鐵礦晶間孔、溶蝕孔、有機(jī)質(zhì)演化孔等［15，20-22］。利用巖石薄片和氬離子拋光-掃描電鏡對(duì)泥頁(yè)巖基質(zhì)孔隙類(lèi)型進(jìn)行觀察與分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)孔隙類(lèi)型主要為剛性顆粒間孔、有機(jī)質(zhì)和黏土礦物收縮孔及碳酸鹽晶間孔（圖1），還有少量溶蝕孔和黃鐵礦晶間孔，而較純黏土礦物組成的泥質(zhì)層內(nèi)黏土礦物片間孔及有機(jī)質(zhì)成熟、過(guò)成熟形成的圓狀或橢圓狀孔均較罕見(jiàn)。

研究區(qū)A—D，I類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖碳酸鹽質(zhì)成分主要呈泥晶結(jié)構(gòu)，晶間孔不發(fā)育，孔隙類(lèi)型主要為剛性顆粒間孔和有機(jī)質(zhì)收縮孔，少量碳酸鹽溶蝕孔；E和J類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖碳酸鹽質(zhì)呈晶粒結(jié)構(gòu)，但呈分散狀分布，晶間孔不發(fā)育，孔隙類(lèi)型主要為剛性顆粒間孔和有機(jī)質(zhì)收縮孔，少量碳酸鹽溶蝕孔；F—H類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖碳酸鹽質(zhì)呈晶粒狀、透鏡-條帶-紋層狀分布，主要發(fā)育晶間孔，部分剛性顆粒間孔和有機(jī)質(zhì)收縮孔，少量碳酸鹽溶蝕孔。

2.2 儲(chǔ)集性特征

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷利頁(yè)1井Es4上—Es3下泥頁(yè)巖主要儲(chǔ)集空間類(lèi)型Fig.1 Main pore space types of mud shale of Well Liye1 in Upper Es4to Lower Es3Members in Jiyang Depression

沾化凹陷代表井羅69和東營(yíng)凹陷代表井利頁(yè)1不同層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖孔滲性統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表3）表明：沾化凹陷泥頁(yè)巖孔隙度平均為4.5%～5.8%，滲透率平均為4.20～19.44 mD，以G類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集性最好；B，C和D類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖次之，A類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集性最差；東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖孔隙度平均為12.0%～14.7%，滲透率平均為2.80～34.63 mD，綜合分析認(rèn)為，從凹陷間對(duì)比看，東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性?xún)?yōu)于沾化凹陷；從層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型來(lái)看，G，H，B和D類(lèi)儲(chǔ)集性較好，其次為E和F類(lèi)，A和C類(lèi)較差，其他類(lèi)型儲(chǔ)集性更差。

表3 沾化凹陷和東營(yíng)凹陷Es4上—Es3下不同類(lèi)型層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性對(duì)比Table3 Comparison of mud shale storage properties with different bedding structures in Upper Es4to Lower Es3Members in Zhanhua Sag and Dongying Sag

3 儲(chǔ)集性控制因素

3.1 礦物成分對(duì)A—D類(lèi)泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性的主導(dǎo)控制作用

由圖2可知，碳酸鹽成分呈泥晶結(jié)構(gòu)的A—D類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖的孔隙度與黏土礦物、陸源碎屑和總有機(jī)碳含量呈正相關(guān)，與碳酸鹽含量呈負(fù)相關(guān)，而碳酸鹽呈晶粒結(jié)構(gòu)的E—H類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖的相關(guān)性不明顯。

利用氬離子拋光-掃描電鏡對(duì)樣品進(jìn)行逐級(jí)放大觀察，發(fā)現(xiàn)泥頁(yè)巖中的碳酸鹽呈泥晶結(jié)構(gòu)時(shí)，碳酸鹽多聚集呈小型團(tuán)塊狀與泥質(zhì)混合，內(nèi)部晶間孔不發(fā)育，且團(tuán)塊與泥質(zhì)塑性均較強(qiáng)，團(tuán)塊與泥質(zhì)、團(tuán)塊與團(tuán)塊之間在壓實(shí)作用下呈較緊密接觸。觀察發(fā)現(xiàn)利頁(yè)1井埋深為3 762.95 m樣品的層理結(jié)構(gòu)為B類(lèi)，泥晶灰質(zhì)與泥質(zhì)混合，砂質(zhì)分散于泥質(zhì)、灰質(zhì)中，局部可見(jiàn)灰質(zhì)、介形碎片、炭質(zhì)定向排列（圖3a）；局部氬離子拋光-掃描電鏡觀察樣品中泥質(zhì)與灰質(zhì)混合發(fā)育，灰質(zhì)發(fā)育區(qū)域孔隙不發(fā)育，灰質(zhì)不發(fā)育區(qū)域可見(jiàn)部分孔隙（圖3b）。放大觀察，孔隙類(lèi)型以剛性顆粒間孔為主（圖3c），部分有機(jī)質(zhì)收縮孔，局部可見(jiàn)碳酸鹽溶蝕孔（圖3d）。因此，對(duì)于碳酸鹽呈泥晶結(jié)構(gòu)的泥頁(yè)巖，礦物成分對(duì)孔隙發(fā)育程度具有主要控制作用；碳酸鹽含量較高且與泥質(zhì)混合分布時(shí)，陸源碎屑和泥質(zhì)相對(duì)含量減少，剛性顆粒間孔不發(fā)育，黏土所吸附的有機(jī)質(zhì)相對(duì)含量減少，有機(jī)質(zhì)收縮孔發(fā)育程度減小，有機(jī)質(zhì)演化產(chǎn)生的有機(jī)酸溶蝕作用范圍受到限制；整體上孔隙均勻性較低，孔隙度較小，反之則孔隙度較高，一般碳酸鹽含量小于50%時(shí)，具有較好的儲(chǔ)集性；當(dāng)碳酸鹽富集成透鏡狀或紋層狀分布時(shí)，孔隙主要分布于泥質(zhì)紋層或有機(jī)質(zhì)紋層內(nèi)部，孔隙類(lèi)型主要為黏土礦物、有機(jī)質(zhì)收縮孔及剛性顆粒間孔。

圖2 東營(yíng)凹陷利頁(yè)1井泥頁(yè)巖孔隙度與黏土礦物、陸源碎屑、碳酸鹽及總有機(jī)碳含量交會(huì)圖Fig.2 Crossplots of porosity with clay content，terrigenous debris，carbonate and TOC in mud shale collected from Well Liye1 in Dongying Sag

圖3 東營(yíng)凹陷利頁(yè)1井泥頁(yè)巖層理結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)集空間類(lèi)型Fig.3 Bedding structure and pore space types of mud shale collected from Well Liye1 in Dongying Sag

3.2 層理結(jié)構(gòu)對(duì)E—H類(lèi)泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性的主導(dǎo)控制作用

對(duì)于碳酸鹽呈晶粒結(jié)構(gòu)（包含柱纖結(jié)構(gòu)）的泥頁(yè)巖，層理結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)集性具有主導(dǎo)控制作用。原始沉積的泥頁(yè)巖中碳酸鹽質(zhì)一般為泥晶結(jié)構(gòu)，當(dāng)泥頁(yè)巖中碳酸鹽呈晶粒結(jié)構(gòu)時(shí)，說(shuō)明巖石發(fā)生了明顯的重結(jié)晶作用，而伴隨重結(jié)晶作用產(chǎn)生碳酸鹽晶間孔。分析表3認(rèn)為，G和H類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖的儲(chǔ)集性?xún)?yōu)于E和F類(lèi)：一是晶粒狀碳酸鹽呈紋層狀分布時(shí)，晶間孔發(fā)育的均勻性及連通行較好，二是由于晶粒碳酸鹽紋層所夾泥質(zhì)也為層狀、紋層狀（圖4），一般在湖水較為安靜和湖水分層的環(huán)境下沉積，內(nèi)部有機(jī)質(zhì)較為發(fā)育，有機(jī)質(zhì)收縮孔及產(chǎn)生的有機(jī)酸對(duì)臨近碳酸鹽紋層的溶蝕增加了儲(chǔ)集空間［23-26］。由孔隙度與碳酸鹽含量交會(huì)（圖2f）可知，孔隙度分布具有上凸形態(tài)，碳酸鹽含量為30%～50%時(shí)，孔隙度較高。

圖4 沾化凹陷晶粒狀碳酸鹽質(zhì)成分的分布特征Fig.4 Distribution characteristics of crystalline carbonate in shale in Zhanhua Sag

4 有利層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型及下步勘探方向分析

對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷部分泥頁(yè)巖出油井段進(jìn)行巖石普通薄片及熒光薄片分析，結(jié)果（表4）表明，測(cè)試出油井段泥頁(yè)巖巖性主要為（含）泥質(zhì)泥晶灰?guī)r、含泥質(zhì)含白云質(zhì)泥晶灰?guī)r、泥質(zhì)微晶灰?guī)r及（含）灰質(zhì)泥巖，發(fā)育多種類(lèi)型層理結(jié)構(gòu)。郭7井于2 940.83～2 998.35 m井段進(jìn)行深部酸化試油，產(chǎn)油量為8.98 t/d；井壁取心熒光薄片分析表明該井段發(fā)育C，D，E，G類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖，其中G類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖的晶間孔較發(fā)育（圖5a），孔隙度較高，熒光顯示較好（圖5b），應(yīng)是主要的射孔出油井段。羅67井于3 287～3 310 m井段進(jìn)行酸化壓裂試油，產(chǎn)油量為2.09 t/d，其巖心微觀特征與郭7井類(lèi)似。

表4 濟(jì)陽(yáng)坳陷泥頁(yè)巖部分出油井段巖心特征及產(chǎn)油量Table4 Characteristics and production rate of mud shale samples collected from oil production sections in Jiyang Depression

目前濟(jì)陽(yáng)坳陷所發(fā)現(xiàn)的泥頁(yè)巖出油井段主要為G類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖富集層段，其碳酸鹽含量一般為50%～70%，儲(chǔ)集空間類(lèi)型主要為碳酸鹽晶間孔。由表2可知，G類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖的發(fā)育所占比例低，不是大規(guī)模發(fā)育的泥頁(yè)巖類(lèi)型，將勘探目標(biāo)聚焦在此類(lèi)泥頁(yè)巖會(huì)相對(duì)局限。由圖2可知，碳酸鹽含量為30%～50%時(shí)，泥頁(yè)巖孔隙度相對(duì)較高，儲(chǔ)集空間較發(fā)育。因此，下步勘探應(yīng)擴(kuò)大目標(biāo)范圍，以尋找碳酸鹽含量為30%～50%的G，H，B和D類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖為主要勘探方向，優(yōu)選碳酸鹽含量滿(mǎn)足上述條件且G和H類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖發(fā)育層段。

圖5 濟(jì)陽(yáng)坳陷郭7井出油井段G類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖的熒光顯示特征Fig.5 Class G bedding structure and its fluorescence characteristics of mud shale samples collected from oil production section of Well Guo7 in Jiyang Depression

5 結(jié)論

濟(jì)陽(yáng)坳陷Es4上—Es3下泥頁(yè)巖層理結(jié)構(gòu)可分為A—J共10種類(lèi)型。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)B—D類(lèi)最為發(fā)育，所占比例達(dá)80%；主要的孔隙類(lèi)型為剛性顆粒間孔、有機(jī)質(zhì)及黏土礦物收縮孔和碳酸鹽晶間孔。綜合分析認(rèn)為：從凹陷間對(duì)比看，東營(yíng)凹陷泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性?xún)?yōu)于沾化凹陷；從層理結(jié)構(gòu)類(lèi)型來(lái)看，G，H，B和D類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖儲(chǔ)集性較好，其次為E和F類(lèi)，A和C類(lèi)較差，其他類(lèi)型儲(chǔ)集性更差。碳酸鹽呈泥晶結(jié)構(gòu)的泥頁(yè)巖，其礦物成分對(duì)孔隙發(fā)育程度具有主導(dǎo)控制作用，孔隙度與黏土礦物、陸源碎屑和總有機(jī)碳含量呈正相關(guān)，與碳酸鹽含量呈負(fù)相關(guān)；而碳酸鹽呈晶粒結(jié)構(gòu)的E—H類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖的相關(guān)性不明顯，層理結(jié)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)集性的控制作用較強(qiáng)。根據(jù)泥頁(yè)巖出油井段分析，指出下步應(yīng)以尋找碳酸鹽含量為30%～50%的G，H，B和D類(lèi)泥頁(yè)巖為主要勘探方向，優(yōu)選碳酸鹽含量滿(mǎn)足上述條件且G和H類(lèi)層理結(jié)構(gòu)泥頁(yè)巖發(fā)育層段。